JP6138144B2 - チャンバを空にして該チャンバから取り出されたガスを浄化するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、チャンバを空にすることができ、該チャンバから取り出されたガスを、混入した異物（外来物質、foreign substances）から浄化することができる、装置に関する。この装置は、乾燥圧縮真空ポンプであって、その入口（インレット）が、空にされるべきチャンバに接続されている、乾燥圧縮真空ポンプを有する。当該真空ポンプは、出口（アウトレット）における変動状態、特に出口における変動圧力、にもかかわらず、その入口圧力を一定に維持するのに適している。本発明は、また、対応する方法に関する。

そのような装置は、たとえば、ＣＶＤ（化学的蒸着）過程の如く、蒸着過程（析出過程、沈積過程、deposition processes）で用いられることができる。ＣＶＤ過程は、減圧状態で異なる基板上にコーティング（被膜）を形成する多くの工業部門で用いられている。この目的のために、ガス状金属化合物が、高温で、及び／又はプラズマの助けを借りて、基板表面上で所望されるコーティング（被膜）システムに変換される。実現されることができる、その比較的高いガス圧力は、高成長率（高成長速度）を許容し、従って、真空コーティング技術のあらゆる部門で、広く用いられている。上記高成長率の不都合は、その蒸着反応（deposition reactions）が、基板のみならず、コーティングが設けられる全ての領域において、生じることである。これは、プロセスチャンバ壁のみならず、プロセスチャンバと排ガス用出口との間にある装置及びラインにも、当てはまる。更に、そのガス状出口生成物及び中間生成物は、一般に、有毒であり、腐食性がある。そして、そのようなＣＶＤ装置（設備）には、従って、常に、対応する排ガス処理装置（設備）が設けられている。

現代のＣＶＤ装置においては、プロセスチャンバ内の堆積物（沈着物、deposits）を除去するために、工程段階と工程段階との間で、プロセスチャンバ内の堆積物を容易に蒸散（蒸発、消滅、evaporable）できる物質に変換するエッチングプロセスが実施される。当該物質の典型的な好例は、繰り返し、その壁に、更に、そのラインに沿って、形成される傾向を有する、塩化アンモニウムである。これは、特に、真空ポンプ、及び当該真空ポンプの圧力側に当てはまる。何故なら、連続の法則（law of continuity）により、ここで、その体積流量率が有意に低下し、従って、その固体物質の集結が可能になるからである。

これから生じる問題を解決するため、今日、基本的に、産業設備で用いられている、２つの解法戦略がある。１つの戦略は、凝縮（濃縮）可能な物質を一箇所で堆積（蓄積）させるために、プロセスチャンバの下流に備えられた冷却トラップであって、当該冷却トラップに対して加熱ラインが備えられた、冷却トラップを設けることである。このアプローチは、冷却トラップが、規則的な間隔を置いて、洗浄／空にされなければならない、という不都合を有する。他方の戦略は、その真空ポンプの圧力側においてさえも、適切な体積流量率を達成するために、上記ラインを集中的に加熱し、そして、多量の不活性ガスを付加することである。ここでの不都合は、エネルギ消費と、そのパイプラインやバルブ等の熱的及び熱的腐食性負荷である。更に、上記不活性ガスの流動は、一般に、排ガスの洗浄機（スクラバー、scrubber）からなる、その排ガス浄化装置に対する負担となる。更に、排ガスの洗浄機は、そのガス入口における閉塞に対して、極めて敏感である。何故なら、ここにおいて、圧力が高く且つ体積流量率が小さい場合には、その温度が、有意に低下するからである。

仏国特許出願公開第１１２９８７２号明細書 米国特許第３９５６０７２号明細書

出発点として、導入部で言及された従来技術を解釈し、本発明は、チャンバから取り出されたガスを、好都合であり且つ信頼できるやり方で、浄化できる装置と方法を提案するという目的に基づいている。出発点として、導入部で言及された従来技術を解釈し、この目的は、独立項の特徴により、達成される。有利な実施形態は、従属項に見出される。

多くの用途（適用、応用、利用、applications）において、空にされるべきチャンバ（たとえば、ＣＶＤプロセスのプロセスチャンバ）内の圧力が、確実に一定に保たれ得ることは、非常に重要である。そのチャンバは、従って、たとえ、そのポンプの出口における状態が、確実に一定に保たれることができない場合であっても、この仕事を遂行できる乾燥圧縮真空ポンプに接続される。基本的に、そのポンプが、順次（連続して）配置されている多数の稼働チャンバを有している場合においてのみ、出口における状態（条件）が変動するにもかかわらず入口圧力を一定に保つためのポンプが適している。その入口と出口は、そのとき、複数の密閉ギャップ（シーリングギャップ）により、互いに隔離されている。この仕事を実行できるポンプの１例は、スクリュー式（ねじ式）真空ポンプである。出口における状態が変動するにもかかわらず入口圧力を一定に維持するのに適しないポンプは、ルーツ式ポンプ（Roots-type pump）である。ここで、その入口と出口は、ただ１つの密閉ギャップにより、互いに分離されており、従って、その出口における変化は、漏れ流れのため、入口における状態に直接的な影響を有する。従って、ルーツ式ポンプは、典型的には、複数のポンプを有する装置（配置）における前置ポンプとして用いられる。たとえば、仏国特許出願公開第１１２９８７２号明細書（特許文献１）や、米国特許第３９５６０７２号明細書（特許文献２）に開示されているような、前置ポンプとしてのルーツ式ポンプを有する従来のポンプ装置は、本発明とは、何の関係もない。

流体リング真空ポンプは、中間ラインを介して、乾燥圧縮真空ポンプの出口（アウトレット）に接続される。その流体リング真空ポンプは、２つの理由により、空にされるべきチャンバに直接接続されるには適さないであろう。第１に、流体リング真空ポンプは、作動流体の蒸気圧よりも低い真空（vacuum）を作り出すことができない。低い圧力は、しかしながら、しばしば、空にされるべきチャンバにおいて必要とされる。第２に、蒸気の分圧は、流体リング真空ポンプの作動流体から、吸引側の方向に、逃げる可能性がある。これは、空にされるべきチャンバ内における規定の状態（条件）を維持することが可能でなければならないため、受け入れることができない。

本発明は、以下の概念に基づくものである。空にされるべきチャンバには、大気が行き渡って（支配して、存在して、prevails）おり、その中に、固形物質がガス内に溶解（dissolved）している。そのガスが本発明に係る装置を通過する際、その固形物質が濃縮されポンプ要素に沈殿（precipitated）することを防止するために、第１に、そのガスの圧力が低く保たれることが必要であり、そして、第２に、そのガスが十分な速度で移動するように、体積流量率が高く保たれる必要がある。

こうした背景の下、本発明に係る乾燥圧縮真空ポンプは、その圧力を増加させるために、しかし、大気圧よりもまだ相当に低い値まで、増加させるために、用いられる。従って、中間ラインにおいて、その圧力は十分に低く、そして、その速度は十分に高く、これにより、濃縮（condensation）が、まだ生じないようになっている。濃縮（凝縮）は、上記流体リング真空ポンプ内において、初めて生じる。しかしながら、ここで、その物質は、流体リング真空ポンプの作動流体により、直ちに、吸収されて、搬送されることができ、これにより、結果として、望まれない沈殿（沈着）が形成されないようになっている。上記濃縮（凝縮）という表現は、特に、物質が、ガスフェーズから、直接、固体フェーズに変化する状況を包含（網羅）する。本発明に係る装置において、上記流体リング真空ポンプの下流側には、更なる排ガス気体洗浄装置（waste-gas scrubber）は、必要とされない。

上記乾燥圧縮真空ポンプの入口側の圧力は、たとえば、１mbarと４０mbarの間にあることができ、好ましくは、２mbarと３０mbarの間にあることができ、そして、より好ましくは、５mbarと２０mbarの間にあることができる。上記中間ラインにおける圧力は、たとえば、８０mbarと３００mbarの間にあることができ、好ましくは、１００mbarと１５０mbarの間にあることができる。

上記濃縮（凝縮）に対抗するための更なる可能性は、上記乾燥圧縮真空ポンプの出口で供給される、及び／又は上記中間ラインで供給される、洗浄ガス（scavenging gas）にある。上記領域における洗浄ガスの供給は、少量のガスをもって、体積流量率のかなりの増加と、従って、速度とが、達成され得るという、利点を有する。その洗浄ガスの供給用開口は、適切に配置されたバルブであることができる。その洗浄ガスは、乾燥圧縮真空ポンプに形成された開口であって、そのハウジングとシャフトとの間に形成された開口にして、あらゆる場合に密閉される必要がある開口を通して、供給されることが、また、可能である。この場合、その洗浄ガスは、乾燥圧縮真空ポンプの障壁ガス（バリアガス）として、同時に、機能することができる。

上記流体リング真空ポンプは、好ましくは、作動流体用の出口（アウトレット）と入口（インレット）とを有する。当該入口と出口とは、更に、好ましくは、ポンプが作動している間、その作動流体の流入と流出とを許容するように、構成（設計）される。これは、異物が混入した作動流体が未使用の（新鮮な）作動流体で置換されることができるようにするために、望ましい。この実施形態において、そのポンプは、流体リング真空ポンプのハウジングが、作動流体の流入用入口開口を有すると共に、作動流体の流出用出口開口を有するように、構成（設計）されても良い。作動流体が、最初、ガス流れと同一の出口を通って、ポンプから現れるようにする構成も、また、可能である。その作動流体は、続くラインにおいて、そのガス流れから分離されることができる。

上記作動流体を流動させるための多数の可能性が存在する。流体リング真空ポンプから排出された流体は、処理され、そして、対応する量の未使用の流体で置換されることができる。流体リング真空ポンプから排出された流体が、部分的に、又は全体的に、そのポンプに供給され戻すようにする回路（サーキット）も、また、考えられる。圧縮熱が、設置された熱交換器の手段により、消散されるようにしても良い。

全てのケースにおいて、作動流体に異物が十分に混入した時にのみ、作動流体が処理されることが望ましい。この目的のため、作動流体の伝導率（conductivity）が、センサの手段により、測定されるようにしても良い。異物の含有量（内容）は、その伝導率から推論されることが可能である。そのセンサは、たとえば、液体リング真空ポンプ上、又は、ライン上、又は、作動流体が案内される容器上、に配置されても良い。その装置は、作動流体が、異物の含有量に応じる（依存する）方法（やり方）で、必要量だけ、供給され、放出されるように、構成されても良い。

上記作動流体は、水であることができる。その作動流体が、そのガス内に含まれる異物と適合（調和）する溶媒（溶剤）を含有することも、また、可能である。そのような溶媒は、特に、ガスの効果的な浄化に貢献することができる。

そのガス内には、時として、酸性若しくはアルカリ性の物質が取り込まれているかも知れない。この場合、そのガスの浄化のため、作動流体は、それに応じて、反対のアルカリ性若しくは酸性であることが好都合であるかもしれない。この目的のため、その作動流体のｐＨ値を測定（決定）するべく、ｐＨセンサが設けられても良い。更に、そのｐＨセンサからの測定値の関数として、そのｐＨ値を調整する制御装置が備えられても良い。これは、たとえば、その作動流体を中和することのみが求められる場合、水が作動流体に加えられることで、実現されることができる。また、そのｐＨ値が、対応する方向に、調整されるべき場合には、酸性又はアルカリ性の溶液が、その作動流体に供給されることが可能である。

上記ガス内における異物は、燃焼により、最適に除去されることができる。この目的のため、好ましくは、上記中間ラインに燃焼装置を備えても良い。当該燃焼装置は、熱的燃焼（thermal combustion）、すなわち、たとえば、天然ガスをもって供給される炎であって、上記ガスに接する炎、をもって作動しても良い。また、上記ガスが触媒材料からなる加熱された表面と接する、触媒燃焼が可能である。その燃焼により、そのガス内の異物は、それらが作動流体によって吸収される形態に至らしめることができる。

本発明は、また、チャンバを空にし、該チャンバから取り出されたガスを、混入した異物から、浄化するための方法に関する。当該方法において、ガスは、吸引により、チャンバから抜き取られる（引き出される、取り出される）。その圧力は、大気圧より低い或る値まで高められ、そこで、たとえ、出口圧力が変動するとしても、入口圧力を一定に保つのに適切なポンプが用いられる。そのガスは、大気圧でガスを出力する液体リング真空ポンプに、更に（前進的に、onward）、案内される。その方法において、液体リング真空ポンプに更に案内されるガスの圧力と体積流量率は、異物の濃縮がまだ生じないように設定される。その異物は、液体リング真空ポンプ内で初めて濃縮され、後者における作動流体によって吸収され、そして放出される。当該方法は、本発明に係る上記装置を参照し、上記した更なる特徴をもって、改善することができる。

本発明は、添付図面を参照し、有利な実施形態に基づいて、以下に、例示目的で記載される。
本発明に係る装置の１実施形態を示す図である。

ＣＶＤ過程（CVD process）のプロセスチャンバは、空にされるべきチャンバ１４をなす。スクリュー式（ねじ式）真空ポンプ１５の入口（インレット）１７は、空にされるべきチャンバ１４に接続されている。当該空にされるべきチャンバ１４と、スクリュー式真空ポンプ１５との間のライン（line）には、減圧バルブ１６が配置されている。この減圧バルブ１６の手段により、チャンバ１４内の圧力は、スクリュー式真空ポンプ１５の入口１７における圧力よりも高くなるように設定されている。目下の例において、チャンバ１４内においては、８０mbarの圧力が存し、スクリュー式真空ポンプ１５の入口１７においては、２０mbarの圧力が存する。当該スクリュー式真空ポンプ１５は、たとえ、スクリュー式真空ポンプ１５の出口（アウトレット）１８における状態が変動しても、入口１７における圧力を一定に保つ役割（仕事、目的）を有する。このスクリュー式真空ポンプ１５により、そのガスは、約１２０mbarの圧力まで圧縮され、そして、出口１８を通って出力される。

上記スクリュー式真空ポンプ１５の出口１８は、液体リング真空ポンプ２０に導く中間ライン１９に隣接して（接して）いる。当該液体リング真空ポンプ２０は、ガスが出口（アウトレット）２１を通って大気圧で出力されることができるように、更に、そのガスを圧縮する。

上記スクリュー式真空ポンプ１５、及び上記液体リング真空ポンプ２０は、上記中間ライン１９において、そのガス圧力が十分に低くなるように、その体積流量率が十分に高くなるように、そして、そのガスに取り込まれた異物の濃縮がその中で生じないように、互いに、適合（調和、連携、coordinated）せしめられている。上記液体リング真空ポンプ２０内における、更なる圧力増加の結果、初めて、濃縮が生じる。その異物は、次いで、液体リング真空ポンプ２０の作動流体により、直ちに、吸収され、その結果、その装置のエレメント（部材）に沈殿することができないようになっている。

上記中間ライン１９には、また、バルブ２２が配置されている。当該バルブ２２を介して、周囲（環境）からの空気が、洗浄ガスとして、中間ライン１９内に許容されることができるようになっている。この位置において許容される洗浄ガスのおかげで、中間ライン１９における体積流量率を相当に増加させるには、少量の洗浄ガスで十分である。その異物の堆積（沈着、deposition）は、従って、その洗浄ガスの手段により、更に、防止されることができる。

動作の過程において、増加の一途をたどる量の異物が、その作動流体に混入する。従って、作動中、入口（インレット）２３及び出口（アウトレット）２４を通って、新しい作動流体が上記液体リング真空ポンプ２０に供給されるようにし、古い作動流体が当該液体リング真空ポンプから排出されるようにすることが、夫々、可能である。ここで、その作動流体のための閉回路が、フィードライン（供給ライン）２６とリターンライン（戻しライン）２７とを介する、上記液体リング真空ポンプ２０と、貯蔵容器２５との間に存在する。従って、稼働中、作動流体は、連続して交換され、これにより、貯蔵容器２５内に存する成分（材料、material）は、増々、混入する異物の度合い（程度）が大きくなる。

上記貯蔵容器２５内の作動流体の伝導率は、センサ２８により、連続的に測定される。異物の含有量（内容）は、その伝導率から、推測でき、これにより、所定の閾値を超えた時に、作動流体の使用を停止することが可能になる。

上記センサ２８からの測定値は、制御ユニット３０に供給される。もし、その閾値を超えた場合には、制御ユニット３０は、バルブ３１を動作させる。これにより、もはや、使用することができない作動流体の一部の流体が、容器２５から、抜き取られる。その容器２５は、その後、対応する量の未使用の作動流体で充填される。更に、上記制御ユニット３０により、ポンプ３２が動作せしめられ、これにより、作動流体は、上記液体リング真空ポンプ２０に供給される。

上記貯蔵容器２５内の作動流体のｐＨ値は、更なるセンサ２９により、測定される。たとえば、もし、酸性の異物がガス内に混入している場合には、ガスを浄化するために、作動流体はアルカリ性であることが、好都合であるかも知れない。酸性異物の吸収は、作動流体のｐＨ値が、或る点において、当該酸性異物の吸収が、最早、保証されなくなる迄、低下する、という効果を有する。これは、センサ２９によって、測定される。対応する測定値がセンサ２９により出力されるとき、装置３０は、バルブ３３を動作させる。これにより、追加的なアルカリ溶液が、作動流体に供給される。このようにして、その作動流体は、永久に、所望のアルカリ特性を維持する。

もし、ガスに混入した異物が、アルカリ性である場合には、センサ２９、制御装置３０及びバルブ３３を用いる手順は、正反対になる。

最後に、上記中間ライン１９には、燃焼装置３４が配置されている。燃焼後においてのみ上記液体リング真空ポンプ２０の作動流体により吸収されることができる異物が上記ガス内に混入している場合には、上記燃焼装置が作動せしめられる。

Claims (14)

1. チャンバ（１４）を空にして、該チャンバ（１４）から取り出されたガスを、混入した異物から浄化するための、以下の特徴を有する装置にして、
   ａ．乾燥圧縮真空ポンプ（１５）であって、その入口（１７）は、空にされるべきチャンバ（１４）に接続されており、その出口（１８）における状態が変動するにもかかわらず、その入口圧力を一定に保つのに適している乾燥圧縮真空ポンプ（１５）と、
   ｂ．乾燥圧縮真空ポンプ（１５）の上記出口（１８）に接続されている中間ライン（１９）と、
   ｃ．液体リング真空ポンプ（２０）であって、その入口は、上記中間ライン（１９）に接続されている液体リング真空ポンプ（２０）と、を有しており、
   上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）の上記出口（１８）及び／又は上記中間ライン（１９）に、洗浄ガスを供給するための開口（２２）が備えられており、
   上記開口は、上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）のハウジングとシャフトとの間に存在するギャップであることを特徴とする、装置。
2. 上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）は、上記入口（１７）の側において、１mbarと４０mbarの間の圧力を発生するように構成されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）は、上記入口（１７）の側において、２mbarと３０mbarの間の圧力を発生するように構成されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
4. 上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）は、上記入口（１７）の側において、５mbarと２０mbarの間の圧力を発生するように構成されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
5. 上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）は、上記中間ライン（１９）において、８０mbarと３００mbarの間の圧力を発生するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
6. 上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）は、上記中間ライン（１９）において、１００mbarと１５０mbarの間の圧力を発生するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
7. 上記液体リング真空ポンプ（２０）は、作動流体用の入口（２３）と出口（２４）であって、ポンプ（２０）の作動中に作動流体の流入と流出とを許容する入口（２３）と出口（２４）とを備えていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
8. 上記作動流体の伝導率を測定するためのセンサ（２８）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置。
9. 上記作動流体における異物の濃度の関数として、作動流体の流入と流出とを調整する制御装置（３０）が備えられていることを特徴とする、請求項７又は８記載の装置。
10. 上記液体リング真空ポンプ（２０）の作動流体は、上記ガスに含まれる異物と適合する溶媒を含有していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
11. 作動流体のｐＨ値を測定するためのｐＨセンサ（２９）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の装置。
12. 上記ｐＨセンサからの測定値の関数として、作動流体の上記ｐＨ値を調整するように構成されている制御装置（３０）が備えられていることを特徴とする、請求項１１記載の装置。
13. 上記中間ライン（１９）には、燃焼装置（３４）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の装置。
14. チャンバ（１４）を空にして、該チャンバ（１４）から取り出されたガスを、混入した異物から浄化するための、以下のステップを有する方法にして、
    ａ．ガスをチャンバ（１４）から抜き取るステップと、
    ｂ．その圧力を大気圧より低い値まで高めるステップであって、たとえ、その出口圧力が変動したとしても、その入口圧力を一定に維持するのに適しているポンプ（１５）を用いる、ステップと、
    ｃ．上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）の上記出口（１８）で、及び／又は、上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）と上記液体リング真空ポンプ（２０）との間の中間ライン（１９）で、洗浄ガスを供給するステップであって、該洗浄ガスが、上記乾燥圧縮真空ポンプ（１５）のハウジングとシャフトとの間に存在するギャップを通して供給される、ステップと、
    ｄ．大気圧でガスを出力する液体リング真空ポンプ（２０）に更に上記ガスを案内するステップと、を有する方法。

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